材料结构与性能第六章磁学性能.ppt

晶体结构条件（充分）： 原子磁矩同方向平行排列的“分子场” , 实际上是晶体内相邻原子间电子自旋 的交换作用，与其相对应的能量为 交换能 ： 1 2 1 2 cos ? ? ? ? ? ? ? ex s s s s E AP P AP P ? — 自旋角动量， ? — 两自旋角动量夹角 A — 交换积分常数 ，取决于电子运动状态的波函数和两原子间距 s P ? ? ? ? B s s s e P P m ? ? A ? 0 时， ? = 0 ，两电子自旋磁矩 同向 平行排列 A ? 0 时， ? = ? ，两电子自旋磁矩 反向 平行排列 A a/r 3d 3 3 6 ? ? d a r 0 ? A 3 3 ? d a r 0 ? A 3 6 d a r ? A ? 0 Fe 、 Co 、 Ni Cr 、 Mn Gd 原子间距能够决定 A 的正、负或趋于 0 — 决定磁性 博学善建 | 厚德大成 3 ）磁畴结构及其成因 磁畴： 铁磁质内部自发磁化至饱和状态（原子磁矩同向平行排列）的小区域， 自发磁化的结果 磁畴结构（磁畴组态）： 磁畴的形态、尺寸、取向、畴壁类型、畴壁厚度及其组 成形式 ① 磁畴结构 a ） 主畴： 一般都为大而长的片状或棱柱状，通常沿晶体易磁化方向； 副畴： 多为短而小的三角形，不保证都出现在易磁化方向 b ） 磁畴壁： 相邻磁畴之间、自旋磁矩改变方向的过渡区 c ）相邻磁畴通过主畴、副畴和磁畴壁组合形成自己封闭的磁回路 d ）磁畴的尺度通常小于晶粒，畴壁不能穿越晶界 博学善建 | 厚德大成 ② 决定磁畴结构的因素 交换能最低： 倾向于让所有自旋磁矩同方向平行排列，形成磁单畴 退磁能最低： 倾向于让所有磁畴均形成封闭磁回路 磁弹性能最低： 倾向于形成多数量、小尺寸、多方向、应变自恰的磁畴结构 磁各向异性能最低： 倾向于让所有磁化方向均处于易磁化晶向 磁畴结构一定是使体系总 的能量处于最低状态 博学善建 | 厚德大成 ③ 磁畴壁结构及决定因素 布洛赫（ Blooh ）壁： 畴壁内所有自旋磁矩变向的转轴垂直于壁面 奈耳（ Neel ）壁： 畴壁内所有自旋磁矩变向的转轴平行于壁面 交换能： 畴壁越厚，交换能越低 磁各向异性能： 畴壁越薄，磁各向异性能越低 最后的畴壁厚度一定使体系总畴壁能最低 交换能 磁各向异性能 畴壁能 布洛赫畴壁 博学善建 | 厚德大成 Ⅰ 阶段： M 随 H 的增加而缓慢增加，去除外磁场 后， 无剩磁 ；在铁磁质内部，磁化通过畴壁的 可 逆迁移 （畴壁内磁矩转向）使其内部与外磁场 成 锐角的畴区面积发生变化 Ⅱ 阶段： M 随 H 的增加而呈线性快速增加， 去除 后 有剩磁 ，此时，由于外磁场 较大，磁畴壁在迁 移过程中克服了某些位垒，从而造成磁畴壁的 不 可逆迁移 ；在铁磁质内，与外磁场成锐角的畴区 面积进一步扩大，有可能形成 单畴 Ⅲ 阶段： 随 H 的增加， M 又缓慢增加并 趋于饱和 ； 在铁磁质内部，整个单畴磁化方向向外磁场 方向 旋转来进一步使 增加 3 、铁磁质的技术磁化 1 ）磁化过程中磁畴结构的变化规律 博学善建 | 厚德大成 2 ）磁畴壁迁移的阻力 ① 不均匀的应力场 畴壁能主要由交换能、磁各向异性能、 一定量的磁弹性能构成，局部应力区造 成畴壁能随迁移位置变化而起伏的现象 应力区使畴壁能增加 畴壁内的弹性应变与该区域的应力状态不一致，应力区相当于能量起伏的“波峰”， 必须依靠外磁场做功才能使磁畴壁通过该区域 应力区使畴壁能降低 畴壁内的弹性应变与该区域的应力状态一致，应力区相当于能量起伏的“波谷”， 对磁畴壁具有“钉扎”作用，也需要外磁场额外做功才能让畴壁离开该处 应力区不改变磁畴壁的畴壁能 此时相当于无交互作用 博学善建 | 厚德大成 ② 夹渣或杂质 夹渣或杂质主要指磁和磁化特性不同的异类物质。当畴壁经过此类异质 物时，同样会与畴壁产生交互作用使畴壁能增高或降低，造成畴壁经过时 的“位垒”或“钉扎” 上述磁畴壁的迁移阻力，是 造成不可逆磁化（矫顽力）的 根本原因 博学善建 | 厚德大成 第三章 材